DE1213706B - Verwendung einer Eisen-Chrom-Bor-Legierung zur Herstellung aufgespritzter und/oder aufgeschweisster Schichten nach dem Plasmaverfahren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 23 k

Deutsche Kl.: 49 h-36/01

Nummer: 1213 706

Aktenzeichen: D 42573 VI a/49 h

Anmeldetag: 26. September 1963

Auslegetag: 31. März 1966

Die Technik des Aufspritzens von zünder- und verschleißbeständigen Schichten auf Gegenständen aus Stahl, Nickellegierungen, Buntmetallegierungen u. dgl. hat in letzter Zeit immer mehr an Bedeutung gewonnen. Zur Herstellung dieser Schichten haben sich verschiedene Verfahren durchgesetzt, unter denen das seit längerer Zeit bekannte Aufspritzen von metallischen Pulvern mit der Azetylen-Sauerstoff- oder Wasserstoff-Sauerstoff-Pistole sowie das neuere Plasmaspritzverfahren an erster Stelle zu nennen sind. Bei diesen bekannten Verfahren wird so gearbeitet, daß das aufzuspritzende Pulver mittels eines Trägergases durch eine Verbrennungsflamme geblasen, dort aufgeschmolzen und im flüssigen Zustand, also in Form von Tropfen, auf die zu panzernde Oberfläche gespritzt wird. Da die Wärmeabfuhr nach dem Auftreffen der Tröpfchen auf die Oberfläche des zu panzernden Gegenstandes meist beträchtlich ist, erstarren die Tröpfchen, noch bevor es zur Bildung einer festhaftenden Schicht, d. h. also einer intensiven Schweißverbindung kommt.

Bei Anwendung der schon seit längerer Zeit bekannten Flammenspritztechnik hat man sich daher meist so geholfen, daß die aufgespritzten Schichten anschließend mit einer Gasflamme oder auch mittels eines Elektrolichtbogens aufgeschmolzen und so mit der Oberfläche des zu panzernden Gegenstandes verschweißt werden. Beim Plasmaspritz- und -schweißverfahren tritt an die Stelle der Gasflamme ein Entladungsplasma, das ist ein mit Gas gefüllter Raum, in dem eine elektrische Entladung aufrechterhalten wird, welche einerseits durch fortwährende Stoßionisation die Leitfähigkeit des Gases bewirkt und andererseits im Gasraum eine sehr hohe Temperatur erzeugt.

Im Hinblick auf diese extrem hohe Temperatur im Plasmaraum müssen auch an die Zusammensetzung der mittels des Plasmaverfahrens zu verspritzenden Pulver besondere Anforderungen gestellt werden. So hat sich beispielsweise herausgestellt, daß es beim Plasmaspritzen leicht zu Karbidzersetzungen unter Kohlenstoffabscheidung kommt und daß auch andere Veränderungen in der Legierungszusammensetzung eintreten, die noch nicht näher erforscht sind.

Bei Versuchen konnte nun festgestellt werden, daß sich Pulver aus rostfreien Stählen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt, die einen Borzusatz von 0,8 bis 0,5%, insbesondere von 1,2 bis 4,2%, aufweisen, für das Plasmaspritz- und -schweißverfahren besonders gut eignen. Die Pulver haben im einzelnen folgende Zusammensetzung:

Verwendung einer Eisen-Chrom-Bor-Legierung zur Herstellung aufgespritzter
und/oder auf geschweißter Schichten nach
dem Plasmaverfahren

Anmelder:

Deutsche Edelstahlwerke Aktiengesellschaft,
Krefeld, Oberschlesienstr. 16

Als Erfinder benannt:
Fritz Frehn, Krefeld

2

20,0 bis 35,0% Chrom,

0,8 bis 5,0% Bor,
weniger als 0,1% Kohlenstoff,
bis 25,0% Nickel,

bis 3,0% Molybdän,
bis 2,0% Silizium,
bis 1,5% Mangan,
insgesamt bis 2,0% eines oder mehrerer der

Elemente Niob, Tantal, Titan, Wolfram,
Rest Eisen.

Wie ersichtlich, ist der Chromgehalt dieser Legierungen gegenüber den normalen 18-8-Cr-Ni-Legierungen stark erhöht. Innerhalb der angegebenen Grenzen ist der niedrigste Chromgehalt dem niedrigsten Borgehalt und der höchste Chromgehalt dem höchsten Borgehalt zuzuordnen, damit entsprechend den sich bildenden Boriden stets etwa 18% Chrom in der Grundmasse erhalten bleiben.

Dies ist erforderlich, damit die Korrosionsbeständigkeit der aufgespritzten Schichten gewährleistet bleibt.

Erfindungsgemäß zu verwendende Legierungspulver, die sich bei den Versuchen besonders bewährt

609 540/211

haben, liegen in ihrer Zusammensetzung innerhalb der im folgenden wiedergegebenen Analysengrenzen:

20,0 bis 35,0% Chrom,
1,2 bis 4,2% Bor,

bis 0,05% Kohlenstoff,
bis 25,0% Nickel,
bis 3,0% Molybdän,
bis 1,0% Silizium,
bis 1,5% Mangan,

insgesamt bis 2,0% eines oder mehrerer der Elemente Niob, Tantal, Titan oder Wolfram,
Rest Eisen.

Es hat sich gezeigt, daß der Borgehalt der erfindungsgemäß zu verwendenden Pulver sich in verschiedener Hinsicht günstig bemerkbar macht. So ist es z.B. möglich, durch Variation des Borgehaltes innerhalb der angegebenen Grenzen zu Oberflächen mit bestimmter Härte zu gelangen. Gleichzeitig werden die Oberflächen infolge der durch den Borgehalt erhöhten Oberflächenspannung besonders glatt, was andererseits wieder dazu beiträgt, daß die aufgespritzte Schichtdicke niedrig gehalten werden kann. Die hohe Oberflächenspannung ist allerdings nicht der einzige Grund dafür, daß die Schichtdicke gegenüber Schichten, die nach dem Flammenspritzverfahren erzeugt werden, stark verringert werden kann. Versuche haben gezeigt, daß infolge der hohen Plasmatemperatur die Desoxydationswirkung des Bors besonders gründlich ist, so daß Schichten erzeugt werden können, die weitgehend frei von Oxydeinschlüssen sind, aber auch keine Oberflächenoxydation zeigen. Durch das Zusammenwirken dieser und anderer Faktoren wird erreicht, daß die Dicke der aufgespritzten Schicht nur ein Drittel der sonst erforderlichen Schichtdicke beträgt. Hierdurch werden natürlich erhebliche Materialmengen eingespart.

Weiter kommt hinzu, daß schon beim Verdüsen der oben genannten borhaltigen Legierungen Pulver mit weitgehend kugeliger Gestalt entstehen. Diese Kugelgestalt ist für die Zwecke des Plasmaspritzens besonders geeignet, da hierdurch das Pulver gut fließt und in den Zuführungsteilen der Spritzvorrichtung nicht zur Brückenbildung neigt.

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn die erfindungsgemäß zur Verwendung vorgeschlagenen Legierungspulver eine Korngröße von 0,035 bis 0,15 mm, vorzugsweise von 0,053 bis 0,14 mm, aufweisen.

Zum Stande der Technik muß noch gesagt werden, daß borhaltige Metallpulver für Spritzzwecke an sich bekannt sind. So ist bereits vorgeschlagen worden, borhaltige Pulver auf Nickelbasis für das Flammspritzen einzusetzen, wobei Wasserstoff-Sauerstoff- oder Azetylen-Sauerstoff-Flammen verwendet wurden. Die vorbekannten Pulver lassen sich aber nicht für das Plasmaspritzverfahren einsetzen, da sie einerseits im Kohlenstoffgehalt zu hoch liegen oder andererseits im Borgehalt zu niedrig.

Es sind auch bereits Chrom-Bor-Siüzium-Kohlenstoff-Kobalt-Eisen-Legierungen zum Aufspritzen mittels des Plasmaverfahrens bekannt, wobei das Bor einmal zur Bildung von Chromborid, zum anderen aber auch zur Erzielung einer dünnflüssigen Spritzlegierung zugesetzt wird. Nach den der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnissen sind aber derartige Legierungen infolge ihres hohen Kohlenstoffgehalts von über 3% aus den weiter obengenannten Gründen als Werkstoffe für nach dem Plasmaverfahren hergestellten Uberzugsschichten nicht geeignet.

Weiter ist es bekannt, beim Flammenspritzen zwischen dem Grundwerkstoff und der aufgespritzten

ίο Oberflächenschicht eine Zwischenschicht vorzusehen, welche die Aufgabe hat, die Hauptschicht mit dem Grundwerkstoff zu verbinden. Für die Herstellung dieser Zwischenschicht sind bereits Stahllegierungen mit Borgehalten über 2% verwendet worden, aber auch hier wurde stets eine Legierung mit verhältnismäßig hohem Kohlenstoffgehalt — in der Größenordnung von 0,25% — verwendet, und es wurde nicht nach dem Plasmaspritzverfahren gearbeitet.
Im folgenden sind einige erfindungsgemäß zu ver-

ao wendende Pulverzusammensetzungen angegeben, bei denen der Kohlenstoffgehalt sämtlich niedrig gehalten, der Borgehalt aber abgestuft ist. Beim Verspritzen dieser Legierungen ergaben sich glatte, völlig einschlußfreie Oberflächenschichten mit unterschiedlicher Härte. Die gemessene Härtewerte sind neben der Analyse jeweils angegeben (Rest jeweils Eisen):

1. 26,0% Chrom,

9,0% Nickel,
1,0% Mangan,
0,8% Silizium,

0,5% Niob,
0,02% Kohlenstoff,
2,2 "/ο Bor,

Gemessene Rockwell-Härte: 42 bis 48 R₀.

2. 30,0% Chrom,

8,0% Nickel,

2,0% Molybdän,

1,0% Mangan,

1,0% Silizium,

0,5% Niob,
0,02% Kohlenstoff,

2,3% Bor,

Gemessene Rockwell-Härte: 48 bis 55 R_n.
°

3. 34,0% Chrom,

7,0% Nickel,

2,0% Molybdän,

1,0% Mangan,

1,0 % Silizium,

0,5% Niob,

0,02% Kohlenstoff,

4,2% Bor,

Gemessene Rockwell-Härte: 60 bis 68 R₀.
55

Die unter 1 aufgeführte Legierung läßt sich nach der Plasmaschweißung ohne Schwierigkeiten spanabhebend bearbeiten, die Legierung 2 nur mit Hartmetall-Drehwerkzeugen, während die Zusammensetzung 3 nur durch Schleifen zu bearbeiten ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Eisen-Chrom-Bor-Legierung, bestehend aus 20,0 bis 35,0% Chrom, 0,8 bis 5,0% Bor, weniger als 0,1% Kohlenstoff, bis

.25,0% Nickel, bis 3,0% Molybdän, bis 2,0% Silizium, bis 1,5% Mangan, insgesamt bis 2,0%

eines oder mehrerer der Elemente Niob, Tantal, Titan, Wolfram, Rest Eisen, wobei der niedrigste Chromgehalt dem niedrigsten Borgehalt und der höchste Chromgehalt dem höchsten Borgehalt zugeordnet ist, als Werkstoff für die Herstellung aufgespritzter und/oder aufgeschweißter Schichten, die nach dem Plasmaverfahren erzeugt werden.

2. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 20,0 bis 35,0% Chrom, 1,2 bis 4,2% Bor, bis 0,05% Kohlenstoff, bis 25,0% Nickel, bis 3,0% Molybdän, bis 1,0% Silizium, bis 1,5% Mangan, insgesamt bis 2,0% eines oder mehrerer der Elemente Niob, Tantal, Titan, Wolfram, Rest

IO Eisen, wobei der niedrigste Chromgehalt dem niedrigsten Borgehalt und der höchste Chromgehalt dem höchsten Borgehalt zugeordnet ist, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.

3. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zusammensetzung, wobei die Legierung als Pulver mit kugeliger Gestalt und einem Komdurchmesser von 0,035 bis 0,15 mm, vorzugsweise von 0,053 bis 0,14 mm, vorliegt, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.

In Betracht gezogene Druckschriften: »Welding Journal«, 41 (1962). Nr. 6, S. 548 is bis 555.